第2章鉆井工程概述2.1基本概念2.2鉆井過程2.1基本概念一、鉆井的概念直井水平井鉆井：利用一定的工具和技術(shù)在地層中鉆出一個較大孔眼（井眼）的過程。井眼直徑：6〞~26〞為探測及開采石油和天然氣2.1基本概念二、鉆井的分類(一)按鉆井目的鉆井目的：地質(zhì)勘探(找油氣)和開發(fā)油氣藏(采油氣)。分為：探井和開發(fā)井。探井：為探明地下地質(zhì)情況、獲取地下油氣資源分布及相應(yīng)性質(zhì)等方面資料而鉆的井。開發(fā)井：以開發(fā)為目的，為了給已探明的地下油氣提供通道所鉆的井，或為了采用各種措施使油氣被開采出來所鉆的井。2.1基本概念1.探井：目的是探明地質(zhì)情況、油氣分布及性質(zhì)等。

1)地層探井(參數(shù)井)：目的是了解地層年代、巖性、厚度、生儲蓋組合等，為地球物理解釋提供各種參數(shù)；

2)預(yù)探井：區(qū)域勘探階段以發(fā)現(xiàn)油氣藏為目的；

3)詳探井(評價井)：在發(fā)現(xiàn)油氣構(gòu)造上，研究油氣藏特點(面積、儲量、產(chǎn)能等)為目的。2.1基本概念

2.開發(fā)井：為開發(fā)油氣所鉆的井。1)

生產(chǎn)井：為生產(chǎn)油氣所鉆的井；2)

注入井(注水井、注汽井)：為增產(chǎn)所鉆的井；3)檢查、資料井：在已開發(fā)的油氣田內(nèi)為研究開發(fā)過程中地下情況的變化所鉆的井；2.1基本概念

（二）按井深分類1.淺井：<2500m

2.中深井：2500～4500m

3.深井：4500～6000m

4.超深井：>6000m井深記錄：

前蘇聯(lián)：12260m（克拉SG-3井）

(1970-1992.7)

中國：8408m(塔深1井，塔里木盆地)(中石化2005.4-2006.7)7500m(莫深1井，準格爾盆地)(中石油2006.8-2008.7)克深7井：塔里木油田一口重點預(yù)探井。2008年12月開鉆，2011年1月鉆至8023米完鉆，創(chuàng)中國石油山前復(fù)雜地層超深井最大鉆井深度記錄.（三）按水陸分類陸上井(陸地鉆井）、海上井(海洋鉆井）海洋深水鉆井分類：常規(guī)水深：<500m深水：500~1500m超深水：>1500m2.1基本概念

(四)按井眼軸線方向分類

1.垂直井：井眼軸線垂直

2.定向井：有一定斜度和方位的井眼；

叢式井：一個井位打多口定向井。多分支井：一個井口下面有兩個或兩個以上井底的定向井。大位移井：位移與井的垂深之比等于或大于2的定向井3.水平井：進入目的層的井眼為水平或接近水平。2.1基本概念鹽丘各型井在勘探、開發(fā)中的功用多目標勘探與開發(fā)控制斷層鉆探海上或陸地叢式井大位移定向井地面條件限制水平井進行開發(fā)側(cè)鉆分支井工程救險井因事故復(fù)雜進行側(cè)鉆2.1基本概念2.1基本概念采用多分支井開采煤層氣(美國CDX公司)

多分支水平井投影圖2.1基本概念（四）按溫度、壓力的高低分類：1.高溫高壓井：按國際通用概念，地溫超過150度稱為高溫，地層壓力當(dāng)量密度超過1.8g/cm3或用超過70MPa井口裝置時稱高壓，兩者同時具備的井稱為高溫高壓井。2.超高溫高壓井：井底溫度超過220度，井底壓力超過105MPa的井。2.1基本概念三、鉆井方法為了在地下巖層中鉆出所要求的孔眼而采用的鉆孔方法。人工鉆井法機械頓鉆鉆井法(沖擊鉆)旋轉(zhuǎn)鉆井法連續(xù)管鉆井法鉆井方法分類依據(jù)：如何破碎巖石？怎樣取出巖屑、凈化井眼？2.1基本概念(一)人工鉆井法1835年之前，是靠人力、撈砂筒、特殊鉆頭、懸繩、游梁等來完成的。實際上是利用了杠桿原理及自由落體的下落沖擊作用來鉆井的。特點：1）破巖與清巖相間進行。2）沖擊力小，破碎效率低。3）設(shè)備簡單，起下鉆方便。公元二百多年前，在我國自貢開始用人力繩索式“頓鉆”法鉆鹽井和天然氣井。號稱我國的“第五大發(fā)明”。人工鉆井法2.1基本概念工藝過程鋼絲繩提升鉆頭到一定高度沖擊井底，擊碎巖石巖屑、泥土混合成泥水漿提出鉆頭撈出井內(nèi)的泥水漿暴露新井底下放下?lián)粕巴蚕蚓畠?nèi)注水積累到一定量設(shè)計井深(二)機械頓鉆鉆井法頓鉆鉆井2.1基本概念起、下鉆費時少，設(shè)備簡單(1)破碎巖石，取出巖屑的作業(yè)都是不連續(xù)的；優(yōu)點：缺點：(2)鉆頭功率小，破巖效率低，鉆井速度慢；(3)不能進行井內(nèi)壓力控制；(4)只適用于鉆直井。2.1基本概念(三)旋轉(zhuǎn)鉆井法旋轉(zhuǎn)鉆井靠動力帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)的過程中對井底巖石進行破碎，同時循環(huán)鉆井液以清潔井底的鉆井方法。旋轉(zhuǎn)鉆井又分為轉(zhuǎn)盤鉆井、井下動力鉆具鉆井、頂部驅(qū)動鉆井。特點1）破巖與清巖相接進行。2）旋轉(zhuǎn)動力大，轉(zhuǎn)速高，破碎效率高。3）設(shè)備復(fù)雜，起下鉆繁瑣。2.1基本概念(1)概念時期（1901～1920年）：這個時期內(nèi)開始將鉆井和洗井結(jié)合在一起，并使用了牙輪鉆頭和注水泥固套管技術(shù)。(2)發(fā)展時期（1920～1948年）：這個時期牙輪鉆頭、固井工藝、鉆井液等得到進一步發(fā)展，同時出現(xiàn)了大功率鉆井設(shè)備。(3)科學(xué)化鉆井時期（1948～1968年）：這個時期鉆井技術(shù)有了迅速發(fā)展。采用了噴射鉆井，鑲齒、滑動密封軸承鉆頭，低固相、無固相不分散體系鉆井液及固相控制技術(shù)，總結(jié)出了影響機械鉆速的有關(guān)因素，采用了地層壓力檢測、井控技術(shù)及平衡壓力鉆井技術(shù)。(4)自動化鉆井時期（1968～現(xiàn)在）：發(fā)展了鉆井參數(shù)自動檢測、綜合錄井、隨鉆測量技術(shù)等計算機技術(shù)在鉆井工程中的應(yīng)用；發(fā)展了優(yōu)化鉆井、井口機械化自動化工具、自動化鉆機、井眼軌跡遙控及自動閉環(huán)控制技術(shù)等新技術(shù)、新工藝及新設(shè)備。旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的發(fā)展2.1基本概念1.轉(zhuǎn)盤驅(qū)動轉(zhuǎn)盤帶動方補心，方補心帶動鉆桿旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)鉆井轉(zhuǎn)盤2.1基本概念2.井下動力鉆具驅(qū)動動力鉆具接在鉆頭之上，鉆鋌之下；動力鉆具以上的鉆柱不旋轉(zhuǎn)3頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)1、頂驅(qū)思路：轉(zhuǎn)盤+水龍頭動力水龍頭2、由三大部分組成：水龍頭-馬達總成、導(dǎo)向滑車總成、鉆桿上卸扣總成等。3、頂驅(qū)發(fā)展第一臺頂驅(qū)由美國Vacro公司研制（1982年）后來，法國、挪威、加拿大、中國相繼研制了頂驅(qū)。2.1基本概念4頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)的優(yōu)點：節(jié)省接單根時間倒劃眼防止卡鉆減少接單根次數(shù)2/3，降低事故發(fā)生率，減少人員工作危險程度等2003年年底，擁有中國石油自主知識產(chǎn)權(quán)的第一臺頂驅(qū)在北石廠下線；2005年第一臺國產(chǎn)9000米鉆機配套的DQ90BSC頂驅(qū)裝置，被評為“2005年中國石油科技十大進展之一”。2.1基本概念2.1基本概念1.轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井法(1)工藝過程鉆頭吃入地層破碎巖石清洗井底循環(huán)洗井液轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆柱加壓設(shè)計井深

轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井法2.1基本概念(2)特點目前這種方法在世界各國被廣泛使用。①鉆桿取代了頓鉆中的鋼絲繩，能夠完成起下鉆具、傳遞扭矩、為鉆頭施加鉆壓、提供洗井液的入井渠道等任務(wù)；②鉆頭在一定的鉆壓作用下旋轉(zhuǎn)破巖，提高了破巖效率；③在破巖的同時，井底巖屑被清除出來；④提高了鉆井速度和效益。2.1基本概念鉆頭吃入地層破碎巖石清洗井底循環(huán)洗井液動力鉆具旋轉(zhuǎn)鉆柱加壓設(shè)計井深2.井底動力鉆具旋轉(zhuǎn)鉆井法(1)工藝過程(2)分類1.渦輪鉆具2.螺桿鉆具3.電動鉆具2.1基本概念①轉(zhuǎn)動鉆頭的動力由地面移到井下，直接作用在鉆頭上，減少了功率損失；②鉆柱不旋轉(zhuǎn)，鉆柱的功能只是給鉆頭施加一定的鉆壓、形成洗井液通路和承受井下動力鉆具外殼的反扭矩；③井底動力鉆具的動力是由電源或井內(nèi)鉆井液流體提供的。(3)特點2.1基本概念渦輪鉆具定轉(zhuǎn)子行星減速機構(gòu)減速渦輪鉆具結(jié)構(gòu)示意圖2.1基本概念(四)連續(xù)管鉆井法(柔桿鉆井法)工藝過程鉆頭、井下加壓裝置、動力機下放至井底循環(huán)洗井液延伸井眼鉆頭旋轉(zhuǎn)，破碎巖石為動力機提供動力清洗井底連續(xù)管連續(xù)管鉆井示意圖鉆井液由滾筒上的導(dǎo)流頭進入連續(xù)管連續(xù)管不轉(zhuǎn)，井下動力機帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)2.1基本概念(2)特點具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，目前正在發(fā)展、完善中。連續(xù)管鉆井實現(xiàn)了起、下鉆的連續(xù)機械化，節(jié)省了時間和勞動量（避免了鉆柱上、卸扣）；在起下鉆時仍能保持洗井液的正常循環(huán)；由洗井液直接提供破巖鉆進的能量，大大提高了能量的有效利用率；為全自動化控制提供了很好的條件；2.2鉆井過程

轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井是最普遍的方法，以后主要討論這種方法。包含四個基本過程：鉆前工程鉆進工程固井作業(yè)

完井作業(yè)每一個基本過程又分為許多具體的過程。

2.2鉆井過程一、鉆前工程修公路、平井場、鉆井設(shè)備的搬運和安排、井口準備（打?qū)Ч芎豌@鼠洞）、備足鉆井所需要的各種工具、器材等。大鼠洞：放方鉆桿和水龍頭小鼠洞：接單根時存放鉆桿導(dǎo)管鼠洞2.2鉆井過程70D鉆機井架整體搬遷圖2.2鉆井過程推薦的井場面積鉆機鉆深能力（km）3.24.55.06.07.0井場面積65×3575×3580×4095×45100×50二、鉆進工程包括：鉆進作業(yè)、洗井作業(yè)、起鉆和下鉆作業(yè)1.鉆進作業(yè)(幾個概念)：鉆頭鉆壓：作用到鉆頭上的力叫鉆壓。鉆柱懸重：鉆柱在洗井液中的重量。鉆重：鉆進時大鉤的負荷；鉆壓＝懸重－鉆重。機械鉆速：單位時間內(nèi)鉆頭鉆進深度(米/小時)。鉆時：鉆進單位深度所需時間。鉆頭進尺：一只鉆頭鉆的深度。2.2鉆井過程2.2鉆井過程接單根（單根長約9.5m）井身結(jié)構(gòu)：自上而下井眼的幾何結(jié)構(gòu)，包括：下幾層套管、各層套管下深、水泥返高、套管與鉆頭的配合。(圖1-9)開鉆：每改變一次鉆頭尺寸，開始鉆一新井段的過程叫開鉆。

一開(第1次開鉆)：從地面鉆出一個大井眼，下第一層套管（表層套管）。

二開(第2次開鉆)：從表層套管內(nèi)下小一點鉆頭鉆進；下第二層套管（技術(shù)套管）。

三開(第3次開鉆)：用小一點鉆頭繼續(xù)鉆進。鉆至設(shè)計井深，下油層套管。oilzone井身結(jié)構(gòu)(CasingProgram)171/2”－133/8”121/4”－95/8”81/2”－7”表層套管技術(shù)套管（中間套管）油層套管（生產(chǎn)套管）2.2鉆井過程2.洗井作業(yè)循環(huán)鉆井液清除并攜帶巖屑過程：泥漿池→泥漿泵→地面管匯→立管→軟管→水籠頭→鉆柱內(nèi)→鉆頭(噴嘴)→井底（清巖）→環(huán)空→井口→振動篩（固液分離）→泥漿池→(巖屑存放地點)。2.2鉆井過程幾個概念：巖屑：井底破碎的巖石碎屑。洗井液（鉆井液、泥漿）

：粘土＋水＋處理劑形成的懸浮液洗井：清除并攜帶巖屑的過程。固相控制：除砂器、除泥器。兩種洗井情況：與鉆進過程同時進行。停鉆起鉆前將井內(nèi)的巖屑循環(huán)出來。2.2鉆井過程3.起下鉆作業(yè)因換鉆頭、處理井下事故、測井等，需將鉆柱起出，此過程為起鉆；完成后需將鉆頭重新下入井內(nèi)，為下鉆過程。幾個概念：立柱：起下鉆時拆裝鉆柱的最小單位，三根鉆桿（約27m）抽吸壓力：起鉆過程中井下減少的壓力。激動壓力：下鉆過程中井下增加的壓力。2.2鉆井過程三、固井與完井固井即是在已鉆成的井眼內(nèi)下入套管，而后在套管與井眼間的環(huán)形空間內(nèi)注入水泥漿，將套管和地層固結(jié)成一體的工藝過程。只有通過下套管、固井，才能防止井眼的坍塌，形成永久的油氣通道，并防止地下各層流體的互竄，達到開采油氣的目的。固井的關(guān)鍵技術(shù)：下套管工藝水泥漿的配方設(shè)計注水泥工藝（漿柱結(jié)構(gòu)、注水泥排量、注水泥過程中的壓力控制）固井質(zhì)量檢測2.2